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《间接带隙纳米半导体材料的量子限制理论》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、西北民族学院学报自然科学版,叭硬万间接带隙纳米半导体材料的量子限制理论薛华西北民族学院物理系,兰州摘要研究了间接带隙材料量子点的量子限制理论,阐明了间接带隙到直接带隙光跃迁性质的转变机理,计算了激子跃迁能和激子结合能,这些理论结果提示了在纳米、发光过程中的量子限制效应的重要性。关键词量子点激子量子限制效应,。,一在体晶间接带隙材料中电子空穴对复空穴体系的量子化问题对量子线体系其电,,合只有通过声子发射或吸收才能进行这是为子理论的研究已有许多报导而对量子点中的。了补偿波矢在导带底和价带顶的差别但当电子理论模型研究最近才开始有一些报,。,它
2、的电导〕晶粒子尺寸小到纳米量子点尺寸时子理论会是如何的呢本文主要讨论量子点体间接带隙半导体纳米材料的量子限制效应,以解。系电子理论释有关的实验结果理论模型对半导体超晶格量子阱研究已进行了许,。〔‘〕,已,多年它的电子理论研究已趋于成熟首先我们用较为成熟的量子阱理论来说。证明了变间接带隙为直接带隙的最有效的方明电子或空穴能量量子化现象在量子阱体,,,法之一是形成超晶格结构所以许多研究人系中电子与空穴的运动在两个方向上是自由、,,员已把等间接带隙半导体材料制备成的而在量子阱的生长方向受到限制如果把,。,超晶格结构并已取得了很大的进展量子电子
3、和空穴看作简单的有效质量粒子分别考、,、,阱量子线和量子点是近年来研究的热点它虑电子轻空穴在生长方向的量子化问题将、,们分属于一维二维和三维限制体系电子在分别形成分立的能级若将势阱视为无限深势,,不同的维度限制体系中具有不同的特性如单阱则在生长方向的量子化能级为,,电子的态密度分布在量子阱中为台阶函数对导带电子有凡一’在量子线中为锯齿型函数,而在量子点中为狄鑫晋。对价”空穴“场一拉克函数型对于不同维度限制体系中的电,,磊晋子理论模型来说基本点是一致的但在具体。,但在另两个方面上的能量是连续的当处理过程中由于限制维数的不同使其具体的,多量
4、子阱的藕合函数增强时这些在生长方向。计算过程及图象模型又有一些区别电子理,一,的分立能级将形成子带这些分论是以有效质量近似为出发点来处理电子与,立能级随减小而增大这表明了越收稿〔小,限制越强,能带分裂程度越大。辐射寿命时要考虑到导带谷的简并度。对,,,,上面是量子阱能级分离的简单模型这来说导带极小值位于刁,。,里我们主要讨论半导体量子点的限制模型和另外五个等值点而的导带极小值在氏,,,。仍采用量子阱模型中的有效质量近似方法并刁及另外三个等值点此处为。假定受到三维限制的纳米晶粒是半径为的晶格常数在这些点附近给出能量色散关系,,球形量子点能
5、带是抛物线能带结构可得为,,,,了、。,,,一到有效能隙的表示式为。一,一洽、“瑜一”,‘七今咫矛一拌仔处。,。式中一是电子空穴的折合质量兴人乓。是量子点材料的介电常数是体材料的能隙,有效能隙随着量子点的尺寸减小有蓝移现,,、·。象这就是通常所说的量子尺寸效应导致的有以协狱石七「。加七效能隙的改变对间接带隙半导体量子点电子理论的研闰‘口巧沈︵︶岛,。究才刚刚起步等人首次提出闰卜叼︵︶。了间接带隙光跃迁为直接带隙半导体量子点,的电子理论他提出了变间接带隙光跃迁为直接带隙光跃迁的最有效的方法之一是形成超,这样就减小,晶格结构了布里渊区的尺寸
6、导,。带底折叠到点变为直接带隙材料在分离量子点的纳米结构中,由于缺乏超晶格结构的周期,上述带叠合的图象不能直接应用,在,这些结构中必须计算两分离态之间的光矩阵元。以证实跃迁是否允许,这是最合理的图。,,‘一右一气亿一一一‘。象另外在相对大的纳米结构中我们能够劝。近似地使用带折叠的图象如果限制在纳米结构中的载流子的包络函数在对应,于间接带图禁带宽度随量子点半径的变化隙跃迁的波矢有一个较大的付立叶上式中的土是波矢分量平行或,,分量那么在体材料中付立叶分量扮演着像垂直,上于矢量瑜则对应质量张量的,声直接光跃迁过程变为允许。,子一样的角色分量在
7、球近似下对于的多重简并,〕,的这个发光机理类似于中杂质捕获项价带的哈密顿函数的动能部分为。边界的激子的机理护一誉‘“,‘,,一鲁在这里为了更方便地看到激子的光学性‘均,,、、,这里的严二讹十乃汽长为乃是质对纳米尺寸的依赖关系我们使用如前所述参数,吻是,和的有效质量近似和纳米晶粒近似为球形量子自由电子质量点,用垃来对价带计算激是由轨道量子算符和角量子算符构成的二。,,子态及导带底的质量各向异性在计算激子阶矢量是数量积这样对激子态的一一哈密顿函数为,一、、、、,,七计算出则可求出激子的结合能而戌。一衅、、的函数用数值计算可得如图和图,军十二
8、,〔瑶。二一一二二趾所示的变化规律图表示了禁带宽度作乙式为量子点晶粒半径的函数,图表示的是激子一,‘,卜、、,,昔、喻丽。矛结合能作为量子点晶粒半径的函数图中的,、、,。曲线分别对应于和晶粒图中的曲下标分别
